Η σκοτεινή ύλη, η οποία περιέχει την «χαμένη μάζα» του σύμπαντος και που είναι απαραίτητη ώστε να εξηγηθεί το γιατί οι γαλαξίες δεν διαλύονται αλλά παραμείνουν ενωμένοι, θα μπορούσε να λάβει οποιονδήποτε αριθμό διαφορετικών τύπων. Οι κύριοι πιθανοί υποψήφιοι περιλαμβάνουν τα MACHO’s και τα WIMP’s, αλλά δεν υπάρχει καμία έλλειψη κι άλλων προτάσεων. Αντίθετα, η μεγαλύτερη πρόκληση είναι να βρούμε κάποιες ενδείξεις που θα υποστηρίζει τον ένα ή περισσότερους από αυτούς τους υποψήφιους τύπους σωματιδίων. Σήμερα, πάνω από 30 πειράματα βρίσκονται σε εξέλιξη σε μια προσπάθεια να ανιχνεύσουν ένα σημάδι, μια ένδειξη, της σκοτεινής ύλης. Μέχρι στιγμής, μόνο δύο πειράματα (CoGeNT και DAMA) ισχυρίζονται ότι έχουν βρει τέτοια σήματα, με τις πιο πρόσφατες παρατηρήσεις να μας έρχονται μόλις πριν από ένα μήνα.
Τώρα, ο φυσικός Robert Foot από το Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης έδειξε ότι τα αποτελέσματα αυτών των δύο πειραμάτων μπορεί να εξηγηθούν ταυτόχρονα από μια ενδιαφέρουσα υποψήφια οντότητα της σκοτεινής ύλης, που λέγεται κατοπτρική ύλη.
Όπως και το όνομα υπονοεί, η κατοπτρική ύλη είναι βασικά μια χωρική ανάκλαση της συνηθισμένης ύλης. Τα σωματίδια της ύλης μπορεί να είναι είτε αριστερόστροφα είτε δεξιόστροφα, έτσι ώστε αν ένα συνηθισμένο σωματίδιο ύλης ήταν αριστερόστροφα, τότε το κατοπτρικό του σωματίδιο θα είναι δεξιόστροφα, αλλά θα είναι ακριβώς τα ίδια σε κάθε άλλη ιδιότητα. Στην θεωρία της κατοπτρικής ύλης, κάθε ένα συνηθισμένο σωματίδιο ύλης (π.χ. πρωτόνια, ηλεκτρόνια, κλπ.) θα έχουν ένα κατοπτρικό σωματίδιο, διπλασιάζοντας έτσι τον αριθμό των γνωστών σωματιδίων στο σύμπαν.
Η έμπνευση για την κατοπτρική ύλη προήλθε από ένα πείραμα που εκτελέστηκε το 1956 και που έδειξε ότι δεν είναι οι νόμοι της φύσης συμμετρικοί ως προς τον χώρο (αριστερά – δεξιά) ή όπως αλλιώς λέγεται δεν ισχύει η κατοπτρική συμμετρία (συμμετρία ομοτιμίας ή parity). Συγκεκριμένα, το πείραμα έδειξε ότι τα σωματίδια σε ασθενείς αλληλεπιδράσεις εμφανίζουν μια προτίμηση για την αριστερόχειρα κατάσταση, ώστε να μπορούμε να πούμε ότι το σύμπαν είναι αριστερόστροφα. Δεδομένου ότι οι άλλες δύο μορφές συμμετρίας – περιστροφική και μετατόπιση στον χώρο – φαίνεται να είναι συμμετρικοί παντού στη φύση, οι επιστήμονες αναρωτιούνται γιατί η φύση δεν παρουσιάζει ομοίως μια συμμετρία ομοτιμίας (parity). Αλλά αν υπάρχει η κατοπτρική ύλη, θα είχε επιλυθεί το πρόβλημα αφού θα είχε μια ελαφρώς δεξιόχειρα συμπεριφορά, οπότε και θα γινόταν η αποκατάσταση της συμμετρίας parity στο Σύμπαν.
Αρχικά, η κατοπτρική ύλη μπορεί να ακούγεται σαν να είναι αντιύλη (η οποία είναι η συνηθισμένη ύλη με ένα αντίθετο φορτίο). Και στις δύο θεωρίες, ο αριθμός των γνωστών σωματιδίων θα διπλασιαζόταν. Ωστόσο, ενώ η αντιύλη αλληλεπιδρά πολύ έντονα με την συνηθισμένη ύλη, και στο τέλος αφού εξαϋλώνονται μετατρέπονται σε φωτόνια, η κατοπτρική ύλη θα αλληλεπιδρά πολύ ασθενώς με την συνηθισμένη ύλη. Για τον λόγο αυτό, μερικοί φυσικοί έχουν σκεφτεί ότι τα κατοπτρικά σωματίδια θα μπορούσαν να είναι υποψήφια για την σκοτεινή ύλη. Ακόμα αν και η κατοπτρική ύλη θα μπορούσε να παράγει φως, εμείς δεν θα την βλέπαμε και φυσικά θα ήταν πολύ δύσκολο να την εντοπίσουμε.
Ωστόσο, η κατοπτρική ύλη δεν θα ήταν αδύνατον να ανιχνευθεί, και έτσι ο Robert Foot πιστεύει ότι το πείραμα DAMA όπως και το πείραμα CoGeNT μπορεί να έχει εντοπίσει την κατοπτρική ύλη. Στο πείραμα DAMA, οι επιστήμονες παρατήρησαν ένα κομμάτι ιωδιούχου νατρίου, το οποίο θα πρέπει να δημιουργήσει ένα φωτόνιο, όταν θα το κτυπήσει ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης. Δεδομένου ότι το πείραμα εκτελείται πάνω στη Γη, οι επιστήμονες πρόβλεψαν ότι αυτοί θα παρατηρήσουν περισσότερα φωτόνια κατά τη διάρκεια του έτους, όταν η Γη θα κινείται προς το κοσμικό υπόβαθρο της σκοτεινής ύλης από ό,τι όταν η Γη απομακρύνεται από αυτό – και πράγματι το έκαναν. Το πιο πρόσφατο πείραμα CoGeNT είναι παρόμοιο, όπου οι επιστήμονες βρήκαν αποδεικτικά στοιχεία για συγκρούσεις της σκοτεινής ύλης με ένα κρύσταλλο γερμανίου. Είναι ενδιαφέρον, ότι τόσο τα αποτελέσματα του DAMA όσο και του CoGeNT αφορούν σωματίδια με παρόμοιο φάσμα μάζας (εύρος μάζας).
Στο μοντέλο του Foot, αν πράγματι τα συνηθισμένα και τα κατοπτρικά σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, τότε τα κατοπτρικά σωματίδια θα μπορούσαν να εξηγήσουν τα αποτελέσματα των δύο πειραμάτων της σκοτεινής ύλης. Στην θεωρία του του Foot, ένα πλάσμα κατοπτρικών σωματιδίων θα είναι το κυρίαρχο συστατικό στην γαλαξιακή άλω (ή φωτοστέφανο), όπου φαίνεται να είναι «κρυμμένη» η σκοτεινή ύλη με βάση τις παρατηρήσεις των επιδράσεων της βαρύτητας της. Ενώ αυτή η πρόταση υποστηρίζει την πιθανότητα να αποτελείται η σκοτεινή ύλη από κατοπτρική ύλη, ο Foot πρόσθεσε ότι τα πειράματα στο εγγύς μέλλον θα δοκιμάσουν περισσότερο αυτή την ιδέα.
Πηγή: PhysOrg
Leave a Comment